(57)【要約】【課題】高温水が上部に残り、しかもこれで生成された中温水を積極的に使用することが出来る風呂追焚き付貯湯式給湯装置を提供する。【解決手段】湯水を貯湯する貯湯タンク２と、圧縮機１２、前記貯湯タンク２と連通され水を加熱する冷媒−水熱交換器１３、減圧器１４、蒸発器１５を有して順に接続したヒートポンプ回路１６と、前記貯湯タンク２内の湯水を該貯湯タンク２底部に接続したヒーポン往き管１０及び貯湯タンク２上部に接続したヒーポン戻し管１１と前記冷媒−水熱交換器１３とヒーポン循環ポンプ１７と、前記貯湯タンク２底部に接続された給水管９と、貯湯タンク上部に接続された出湯管８と、前記貯湯タンク２のほぼ中間部に備えられ浴槽６内の残り湯を加熱する風呂用熱交換器１９と、前記風呂用熱交換器１９と対向する貯湯タンク２側壁に連通し風呂の保温や追い焚きで温度降下した湯水を取り出す中間取り出し管２４とを備えたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を貯湯する貯湯タンクと、圧縮機、前記貯湯タンクと連通され水を加熱する冷媒−水熱交換器、減圧器、蒸発器を有して順に接続したヒートポンプ回路と、前記貯湯タンク内の湯水を該貯湯タンク底部に接続したヒーポン往き管及び貯湯タンク上部に接続したヒーポン戻し管と前記冷媒−水熱交換器とヒーポン循環ポンプと、前記貯湯タンク底部に接続された給水管と、貯湯タンク上部に接続された出湯管と、前記貯湯タンクのほぼ中間部に備えられ浴槽内の残り湯を加熱する風呂用熱交換器と、前記風呂用熱交換器と対向する貯湯タンク側壁に連通し風呂の保温や追い焚きで温度降下した湯水を取り出す中間取り出し管とを備えた事を特徴とする風呂追焚き機能付貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、貯湯タンクに温水を貯湯して給湯に用いると共に浴槽内の残り湯の保温或いは追焚きをすることのできる風呂追焚き機能付貯湯式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりこの種の風呂追焚き機能付貯湯式給湯装置では、貯湯タンク内に風呂用熱交換器と電気ヒータを備え、深夜電力を利用して沸き上げた高温水を給湯や、風呂用熱交換器で熱交換して風呂の保温や追焚きを行うものであった。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開昭６４−１９２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところでこの従来のものでは、風呂用熱交換器が貯湯タンク内の最上部まで備えられているので、風呂の保温や追焚きを行うと対流の発生で、貯湯タンク内全体の湯温が徐々に低下して、最終的には貯湯タンク内には高温水がなくなり５０℃前後の中温水のみとなり、高温給湯が出来なくなると言う不具合が発生するものであり、又これを解決するには電気ヒータを強制的に通電させることが考えられるが、電気ヒータは貯湯タンク底部に備えられており、対流で出湯管が接続する貯湯タンク上部を高温水に満たすには長時間かかり、急な対応は出来ず効果がないと共に、電気料が嵩み経済的ではないと言う問題点を有するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明はこの点に着目し上記問題点を解決する為、特にその構成を、湯水を貯湯する貯湯タンクと、圧縮機、前記貯湯タンクと連通され水を加熱する冷媒−水熱交換器、減圧器、蒸発器を有して順に接続したヒートポンプ回路と、前記貯湯タンク内の湯水を該貯湯タンク底部に接続したヒーポン往き管及び貯湯タンク上部に接続したヒーポン戻し管と前記冷媒−水熱交換器とヒーポン循環ポンプと、前記貯湯タンク底部に接続された給水管と、貯湯タンク上部に接続された出湯管と、前記貯湯タンクのほぼ中間部に備えられ浴槽内の残り湯を加熱する風呂用熱交換器と、前記風呂用熱交換器と対向する貯湯タンク側壁に連通し風呂の保温や追い焚きで温度降下した湯水を取り出す中間取り出し管とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００５】
この発明によれば、貯湯タンク内上部には高温水がそのまま残り、風呂の保温や追焚きの後でも支障なく良好な給湯を行うことが出来るものであり、更に貯湯タンク内の中央部分は風呂用熱交換器との熱交換で温度降下して中温水となるが、この中温水も中間取り出し管によって積極的に給湯として利用出来、無駄がなく効率の良い給湯が可能であり、又万一湯切れが発生してもヒートポンプ回路で加熱された高温水を貯湯タンク上部に素早く補充出来るので、給湯や風呂の保温、追焚きを待たすことなく素早く行え、短時間で済むので経済的にも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次にこの発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
この風呂追焚き機能付貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの給湯栓４の近傍に設けられた給湯リモコン、６は浴槽、７は浴室に設けられたふろリモコンである。
【０００７】
前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管８と、下端に給水管９とが接続され、さらに、下部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン往き管１０と、上部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン戻り管１１とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によってヒーポン往き管１０から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げてヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管９からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が出湯管８から押し出されて給湯されるものである。
【０００８】
前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１２と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１３と減圧器としての電子膨張弁１４と強制空冷式の蒸発器１５で構成されたヒートポンプ回路１６と、貯湯タンク２内の湯水を前記ヒーポン往き管１０およびヒーポン戻り管１１を介して冷媒−水熱交換器１３に循環させるヒーポン循環ポンプ１７と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１８とを備えており、ヒートポンプ回路１６内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。
【０００９】
ここで、前記冷媒−水熱交換器１３は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器１３入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記電子膨張弁１４または圧縮機１２を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器１３の入口温度が５〜２０℃程度の低い温度であるとＣＯＰ（エネルギー消費効率）がとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。
【００１０】
１９は前記浴槽６の湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなる風呂用熱交換器で、貯湯タンク２のほぼ中間部に備えられ上部の高温水領域を残すようにしているもので、又この風呂用熱交換器１９には風呂往き管２０および風呂循環ポンプ２１を備えた風呂戻り管２２が接続されて浴槽６の湯水が循環可能にされ、浴槽６内の湯水が貯湯タンク２内の高温水により加熱されて保温あるいは追焚きが行われるものである。なお、２３は風呂戻り管２２を循環する浴槽６の湯水の温度を検出する風呂温度センサである。
【００１１】
２４は貯湯タンク２側壁で上記風呂用熱交換器１９と対向する中間位置に接続された中間取り出し管で、前記風呂熱交換器１９で風呂側と熱交換して温度低下した中温水や湯と水の境界層付近で温度低下あるいは温度上昇した中温水などの貯湯タンク２の中間位置に貯められている湯水を貯湯タンク２から出湯するものである。
【００１２】
２５は前記出湯管８途中で前記中間取り出し管２４の下流に設けられた電動ミキシング弁より構成された中間混合弁、２６はこの中間混合弁２５下流の中間給湯管２７に設けた中間温度センサで、貯湯タンク２中間位置付近の中温水と貯湯タンク２上端に接続された出湯管８からの高温水とを給湯リモコン５や風呂リモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度より所定温度高い混合目標温度になるように混合比率が制御されるものである。
【００１３】
２８は中間混合弁２５からの湯水と給水管９から分岐された給水バイパス管２９からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管３０に設けた給湯温度センサ３１で検出した湯温が給湯リモコン５や風呂リモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率を制御するものである。
【００１４】
３２は中間給湯管２７から分岐された分岐中間給湯管３３からの湯水と給水管９から分岐された分岐給水バイパス管３４からの低温水とを混合する電動ミキシング弁より構成された風呂混合弁であり、その下流側の風呂戻り管２２に連通された湯張り管３５に設けた湯張り温度センサ３６で検出した湯温が給湯リモコン５や風呂リモコン７でユーザーが設定した風呂設定温度になるように混合比率を制御するものである。
【００１５】
そして、前記湯張り管３５には、浴槽６への湯張りの開始／停止を行う湯張り弁３７と、浴槽６への湯張り量をカウントする風呂流量カウンタ３８が設けられているものである。
【００１６】
３９は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、３９ｅと呼び、この貯湯温度センサ３９が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。
【００１７】
前記給湯リモコン５および風呂リモコン７には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ４０、及び風呂設定温度を設定する風呂温度設定スイッチ４１がそれぞれ設けられていると共に、浴槽６へ風呂設定温度の湯を風呂リモコン７の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量だけ湯張りし所定時間保温させる風呂自動スイッチ４２がそれぞれ設けられ、更に風呂リモコン７には約６０℃の高温の湯を差し湯させる高温差し湯スイッチ４３が設けられているものである。
【００１８】
４４は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有し制御部を構成する給湯制御部である。この給湯制御部４４に前記給湯リモコン５が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度及び風呂設定温度を設定できるようにしているものである。
【００１９】
前記給湯制御部４４は、中間温度センサ２６で検出する温度が給湯設定温度あるいは風呂設定温度のうち高い方の設定温度より所定温度高い混合目標温度になるよう中間混合弁２５の弁開度をフィードバック制御するようにしているものであると共に、給湯温度センサ３１の検出する温度が給湯設定温度になるように給湯混合弁２８の弁開度をフィードバック制御するようにしているもので、更に湯張り温度センサ３６の検出する温度が風呂設定温度になるように風呂混合弁３２の弁開度をフィードバック制御するようにしているものである。
【００２０】
そして、前記制御部４４は中間混合弁２５の制御応答速度を給湯混合弁２８の制御応答速度よりも遅くなるように設定されているもので、中間混合弁２５からの湯水の温度変化に給湯混合弁２８のフィードバック制御の制御応答速度が勝り給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを大幅に低減できるものである。
【００２１】
４５は貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁、４６は給水の圧力を減圧する減圧弁、４７は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタ、４８は浴槽６の湯水が逆流するのを防止する二重に設けられた逆止弁、４９は給水の温度を検出する給水温度センサである。
【００２２】
次にこの一実施形態の作動を説明する。
先ず沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ３９が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部４４はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部１８は圧縮機１２を起動した後にヒーポン循環ポンプ１７を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管１０から取り出した５〜２０℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器１３で７０〜９０℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続されたヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ３９が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部４４はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部１８は圧縮機１２を停止すると共にヒーポン循環ポンプ１７も停止して沸き上げ動作を終了するものである。
【００２３】
次に給湯運転について説明すると、給湯栓４を開くと、給水管９からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして貯湯タンク２の中間部に貯められた高温水が中間取り出し管２４を介して中間混合弁２５へ押し出される。なお、貯湯タンク２内には上部に高温水、下部に低温水が貯められることとなるが、その温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。
【００２４】
ここで、給湯制御部４４は中間取り出し管２４からの湯水と出湯管８からの湯水を混合して中間混合弁２５にて給湯リモコン５又は風呂リモコン７で設定された給湯設定温度より一定温度以上高い混合目標温度となるように中間混合弁２５を適当な比率に調整する。なお、ここでは、中間取り出し管２４から流入する湯が高温で給湯設定温度より高いため、中間混合弁２５の出湯管８側を閉じることとなる。
【００２５】
そして、中間混合弁２５から流出した混合目標温度の湯は中間給湯管２７を介して給湯混合弁２８へ流入し、給水バイパス管２９からの低温水と混合され、給湯制御部４４が給湯混合弁２８の混合比率を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。
【００２６】
ここで、前記中間混合弁２５は給湯設定温度よりも一定温度以上高い混合目標温度の湯を中間給湯管２７に供給するようにしているので、中間取り出し管２４から出湯する湯水の温度が給湯設定温度よりも低い場合は、給湯制御部４４により中間混合弁２５の混合比率が調整されて出湯管８からの高温水を用いて給湯設定温度よりも一定温度高い混合目標温度の湯を中間給湯管２７に供給するようにし、貯湯タンク２の中間位置からの出湯を優先し、貯湯タンク２の上部に貯められている高温水の使用を最小限に留め、熱源となる高温水をより多く確保することが可能となる。
【００２７】
次に浴槽６への湯張り運転について説明すると、給湯リモコン５または風呂リモコン７の風呂自動スイッチ４２の何れかが操作されると、給湯制御部４４が湯張り弁３７を開弁する。そして、給水管９からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして中間取り出し管２４を介して中間混合弁２５へ貯湯タンク２内の湯水が押し出される。
【００２８】
ここで、給湯制御部４４は風呂自動スイッチ４２の入力を受けると、中間取り出し管２４からの湯水と出湯管８からの湯水を混合して中間混合弁２５にて給湯リモコン５または風呂リモコン７で設定された風呂設定温度あるいは給湯設定温度の高い方の温度より一定温度以上高い混合目標温度となるように中間混合弁２５を適当な比率に調整するようにしている。なお、ここでは、中間取り出し管２４から流入する湯水が低温で風呂設定温度あるいは給湯設定温度より低い温度であるため、中間混合弁２５は出湯管８側からの高温水を混合して風呂設定温度より一定温度高い混合目標温度になるように混合比率が調整されることとなる。
【００２９】
そして、中間混合弁２５から流出した湯は中間給湯管２７を介して分岐中間給湯管３３へ出湯される。そして分岐中間給湯管３３からの高温水は風呂混合弁３２へ流入し、分岐給水バイパス管３４からの低温水と混合され、給湯制御部４４が風呂混合弁３２の混合比率を調整し、風呂設定温度の湯が湯張り管３５から風呂戻り管２２を介して浴槽６へ湯張りされる。
【００３０】
そして、湯張り管３５途中に設けられた風呂流量カウンタ３８が所定の湯張り量をカウントすると給湯制御部４４が湯張り弁３７を閉弁して湯張り運転を終了するものである。
【００３１】
次に風呂の保温運転あるいは追焚き運転について説明すると、前記の浴槽６への湯張り運転に引き続き、給湯制御部４４は一定時間毎に風呂循環ポンプ２１を駆動し、浴槽６内の湯温を風呂用熱交換器１９に流入させ、貯湯タンク２内の上部に貯められた高温水と浴槽水とを熱交換させ風呂の保温運転あるいは追焚き運転を行う。そして、風呂温度センサ２３で検出する温度が風呂設定温度に達すると、給湯制御部４４は風呂循環ポンプ２１を駆動停止して保温運転あるいは追焚き運転を停止するものである。
【００３２】
この時、貯湯タンク２内の風呂用熱交換器１９が位置する中間部以下の高温水は熱交換で温度低下して中温水となる可能性はあるが、上部の高温水は比重の関係でそのまま残ることになり、上記した給湯運転の通り、風呂用熱交換器１９近傍の中間取り出し管２４からの中温水と混合して利用され、従来あまり使用されることがなかった中温水を積極的に使用して経済的で極めて効率の良い給湯を常に行うことが出来るものである。
【００３３】
更に給湯や風呂の保温、追焚きで貯湯タンク２内の温水を使用しすぎて、足りなくなった場合には、緊急事態として昼間でもヒートポンプユニット３を駆動させれば、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管１０から取り出した低温水を冷媒−水熱交換器１３で７０〜９０℃程度の高温に再び加熱し、貯湯タンク２上部に接続されたヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水を貯湯して行けば、該貯湯タンク２内は直ぐに高温水の貯湯状態となり、短時間で安価に給湯及び風呂の保温、追焚きを再開することが出来、万一の時にも安心して使用出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の一実施形態を示す概略構成図。
【符号の説明】
【００３５】
２  貯湯タンク
６  浴槽
８  出湯管
９  給水管
１０  ヒーポン往き管
１１  ヒーポン戻し管
１２  圧縮機
１３  冷媒−水熱交換器
１４  減圧器（電子膨張弁）
１５  蒸発器
１６  ヒートポンプ回路
１７  ヒートポンプ循環ポンプ
１９  風呂用熱交換器
２４  中間取り出し管
【図１】
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